PRIMER DOBRE PRAKSE Projekt MESA- Mechatronics in energy saving applications, projekt Leonardo da Vinci, Prenos inovacij With the support of the Lifel

Transkripcija

1 PRIMER DOBRE PRAKSE Projekt MESA- Mechatronics in energy saving applications, projekt Leonardo da Vinci, Prenos inovacij This project has been funded with support from the European Commission. 1

2 Pri predelavi avtomobila z bencinskim ali dizelskim agregatom na električni agregat moramo upoštevati nekaj pomembnih kriterijev, ki nam bodo že v osnovi nudili večji domet in s tem posledično manjšo porabo električne energije. Vozilo naj bo lažje izvedbe, saj bo tako tudi izkoristek elektro motorja večji. Primerne avtomobilske znamke so Renault twingo, smart, Audi A2, Fiat panda in cinquecento, Volkswagen polo in Dacia sandero. Aerodinamika samega vozila naj bo pod 0,33 cw. Kotalni upor mora biti čim manjši, saj s tem omogočimo elektromotorju hitrejši zagon na optimalne obrate in hitrost vožnje, ki je zelo odvisna tudi od platišč ter sam izkoristek pnevmatike. Priporočene so pnevmatike varčnejšega razreda, saj je sama pnevmatika grajena tako, da ima majhen kotalni upor. Pri predelavi avtomobila na električni pogon ne smemo pozabiti na sistem krmiljenja oziroma volanske letve. Priporočljiv je krmilni mehanizem brez servo ojačevalnika, saj ne potrebuje električne energije. Elektronika v vozilu naj bo preprosta oziroma brez dodatnih električnih posebnosti. V vozilo vgradimo poleg elektromotorja tudi LiFePO4 baterije, saj imajo višjo energetsko gostoto in manjše padce pri visoki obremenitvi. V prostor, kjer bomo imeli shranjene baterije, pa moramo vgraditi tudi gretje, ker se pri zunanjih temperaturah pod lediščem celice polnijo dalj časa. Ob enem se nam življenjska doba celic znatno zmanjša. Pri samem nakupu bencinskega ali dizelskega avtomobila ni pomembna kvaliteta oziroma ohranjenost motorja, saj se ga bo odstranilo iz vozila in zamenjalo z električnim agregatom. Pomembno je, da je karoserija vozila v dobrem stanju, saj bomo tako privarčevali dodatne stroške za predelavo. Zaželena je svetlejša barva vozila, poleg tega pa v avtomobil ne namestimo klimatske naprave, s čimer zmanjšamo težo vozila in povečamo domet. Iz smart avtomobila smo odstranili motor z notranjim izgorevanjem, rezervoar za gorivo ter ostale cevi za fosilno gorivo. Na avtomobilu je ostal samo tiptronic menjalnik, kasneje pa smo vanj vstavili elektro motor. V notranjosti kabine smo odstranili vse obloge in plastiko. Odstranili smo standardno smart elektroniko, jo nadomestili z elektroniko s silikonskimi kabli, ki omogoča krmilje elektro motorja, pošiljanje informaciji ter zagotavlja požarno varnost. Motor, ki je bil nameščen v zadnjem delu smarta, smo odstranili. Na njegovo mesto smo preko posebne adapter plošče montirali elektromotor. Omenjena adapter plošča je izdelana iz This project has been funded with support from the European Commission. 2

3 posebnega aluminija. Plošča je izdelana s posebnim CNC strojem, s katerim zagotovimo natančno izdelavo izdelka. Slika 2: Adapter plošča Pri sestavi elektromotorja in adapterske plošče moramo biti pazljivi, da je os, ki gleda iz menjalnika uležajena v menjalniku in ne v gredi motorja. Ta sestav pritrdimo oziroma po potrebi najprej balansiramo na namenskem stroju za balansiranje gredi. V zadnji del smarta, kjer je bila loputa za dovod zraka do motorja, namestimo pripadajočo elektroniko poleg obstoječega ECU računalnika. Ta nam zagotavlja nemoteno delovanje zavornega sistema ABS ter proženje zračnih blazin. Pozneje smo preko diagnostičnega računalnika, ki je povezan z ECU računalnikom v avtomobilu, brisali oziroma skrili javljene napake. Vozilo bo tako delovalo nemoteno in ne bo ogrožalo naše varnosti ter varnosti ostalih udeležencev v prometu. Tri fazni izmenični motor moči 15 KW povežemo neposredno s samim kontrolerjem motorja. Za povezavo motorja s kontrolerjem, moramo uporabiti tri bakrene vodnike preseka najmanj 50mm², ki jih pritrdimo na točno določene priključke na kontrolerju. Označeni so z črkami U, V, W. Na označeno mesto B+, pa pripeljemo pozitivni pol LiFePO4 baterij. V elektro omari, ki je izdelana iz PVC ohišja, je nameščena glavna varovalka, potenciometer, pred polnilnik, glavni močnostni rele in napajalnik BMS oziroma battery management system. BMS omogoča nadzor porabe LiFe PO4 baterij in zagotavlja simetrično polnjene baterijskih celic. V prostor pod vozilom, kjer je bil nameščen rezervoar za gorivo smo vstavili posebej ogrevano aluminijasto škatlo, ki nam bo omogočala brezhibno delovanje LiFePO4 baterij tudi v mrzlih dnevih. Pri vstavljanju baterij moramo biti pozorni, da so enakomerno razporejene po celotni aluminijasti škatli. V nasprotnem primeru se lahko poslabša lega vozila na cesti. Ker imamo v vozilu nameščen BMS napajalnik, smo celice baterij vezali zaporedno. Vsako celico posebej pripeljemo na omenjeni BMS, ki skrbi za simetrično polnjenje baterijskih celic. Minus pol LiFePO4 baterij smo vezali samo na krmilnik elektromotorja. Nmareč karoserija je priklopljena na minus pol 12V akumulatorja. Kot primarno napetost smo pri smartu uporabili 48V oziroma napetost do 60V, saj uporabljamo Letrikin motor moči 15 KW in kontroler, ki zahteva omenjeno napetost za delovanje. Odločilen dejavnik pri izbiri te napetosti pa so varnostni predpisi, saj se do 60 voltov obravnava napetost razreda A-nizkonapetostni elektro This project has been funded with support from the European Commission. 3

4 sistemi. Ne smemo pozabiti na sekundarno napetost, ki omogoča brezhibno delovanje električnih sistemov krmiljenih z napetostjo 12V. Ti so luči, gretje kabine, pomik stekel in delovanje brisalcev. Zaradi tega smo vgradili dodatni 12V akumulator v kabino avtomobila, ki je polnjen preko DC/DC razsmernika. Avto poganja električna energija in ne več fosilno gorivo, zato smo na stopalki za plin dodali poseben potenciometer, ki je potreben za delovanje elektromotorja. Poleg tega nam zagotavlja lažje speljevanje in udobnejšo ter varno vožnjo. Smart avtomobili za krmilni sistem uporabljajo navadni mehanski mehanizem krmiljenja koles, ki ne potrebuje elektro motorja ali hidravličnega sistema za krmiljenje prednjih koles. Za obratovanje zavornega sistema pa smo vstavili novo električno vakuumsko črpalko, ki se vklopi preko krmilja, ko pritisnemo na stopalko za zaviranje. To nam omogoča, da je stopalka vedno normalno prožna, kakor pri ostalih bencinskih in dizelskih avtomobilih. Za polnjenje obeh akumulatorjev smo vgradili navadno tri polno industrijsko vtičnico za polnjenje LiFePO4 baterij. Namestili smo jo na mesto, kjer je bila prej vlivna cev za gorivo. S posebnim nosilcem, ki smo ga izdelali iz nerjaveče pločevine smo vse skupaj pritrdili na karoserijo vozila, ter na pokrov nalepili nalepko 220V, ki označuje da avto potrebuje električno energijo in ne več fosilnega goriva. Slika 3: Polnjenje avtomobila. Na sprednji del električnega avtomobila smo pritrdili polnilec za LiFePO4 baterije, ki je neposredno povezan z tripolno vtičnico. Pri polnjenju LiFePO4 baterij, prehaja napetost preko omenjene vtičnice do polnilca. Polnilec je moči 3 kw, zato potrebuje dobro hlajenje. Pri električnih avtomobilih potrebujemo gretje in hlajenje kabine. Zato smo na obstoječe cevi vgradili še električen grelec, ki greje vodo. Omenjeni grelec ima moč 800W in je priključen na napetost 12V. Za hlajenje pa uporabljamo kar obstoječi ventilator za pretok zraka. Dodatnega klimatskega kompresorja nismo vgradili, saj bi nam to odvzemalo preveč električne energije in s tem pa bi se domet zmanjšal za kar nekaj kilometrov. Ko smo s predelavo končali smo opravili testno vožnjo in tako preverili, če se avto normalno odziva oziroma kakor smo načrtovali. Po opravljeni testni vožnji, smo ponovno pregledali vse vgrajene električne komponente, krmilnike in silikonske kable, da ni prišlo do kakšnih koli nezaželenih okvar. V nasprotnem primeru je potrebno okvare nemudoma odpraviti ter s tem zagotoviti varnost in nemoteno delovanje električnega avtomobila. Vodnike ustrezno This project has been funded with support from the European Commission. 4

5 razporedimo po kabini smarta in če je potrebno, lahko tudi več kablov ploskovno skupaj pritrdimo z vezico. To omogoča boljšo trdnost kablov in manj možnosti za preboj silikonske izolacije v kakšen kovinski del v avtomobilu. Tekstilno oblogo ponovno položimo po tleh kabine in prekrijemo vse vodnike, ki so povezani z armaturno ploščo, polnilcem LiFePO4 baterij in zadnjimi škatlami. To omogoča dodatno zaščito silikonskih kablov, ki so bili položeni po kabini smarta. Po montaži tekstilnih oblog pritrdimo še ostalo notranjo lepotno PVC oblogo tako, da je električni avto smart ponovno v prvotnem stanju, z razliko, da je gonilno gorivo električna energija in ne več fosilno gorivo. This project has been funded with support from the European Commission. 5